Ekranoplány (1) - Orljonok - Těsně nad vlnami

Autor : Ing. Radek ˝ICE˝ Panchartek / ICE 🕔02.07.2007 📕43.903

Ekranoplány jsou zvláštním druhem dopravního prostředku, který využívá přízemní efekt. Jedná se stroj na hranici mezi letadlem a křídlatým rychlostním člunem. Otázka zní, zda se jedná o nízkoletící letadlo nebo loď „plující“ těsně nad hladinou. Dokonce i uživatelé se dlouho handrkovali kam a pod čí velení mají patřit. Zda pod námořnictvo nebo pod letectvo.

V první řadě bude asi nutné vysvětlit, co je to ten přízemní efekt. Každý profil, tj. křídlo s teoreticky nekonečným rozpětím, má určitý vztlak a odpor. Přibližně 2/3 celkového vztlaku vytváří podtlak na vrchní straně křídla, 1/3 tvoří přetlak na jeho spodní straně. Reálné křídlo samozřejmě nekonečné rozpětí mít nemůže.

Princip vzniku indukovaného odporu na křídle s konečným rozpětím a vliv země na jeho omezení (přízemní efekt)

Když se křídlo uřízne

Na konci křídla dochází k vyrovnávání tlaků a vznikají rotující víry, které tvoří jakési „vousy“ na jeho koncích. Ty se zviditelňují při ofukování křídla v aerodynamickém tunelu. Běžný smrtelník je může vidět na leteckých dnech, když je vzduch „obarven“ dýmovnicemi na koncích křídla.

Víry vytvářejí takzvaný indukovaný odpor, který zvyšuje celkový odpor. Zároveň dochází ke snížení vztlaku, snížením rozdílu tlaků na konci křídla. Takže celkový vztlak reálného křídla je nižší než vztlak teoretického profilu (křídla s nekonečným rozpětím).

Blízkost země brání dokonalému vyrovnávání tlaků. V blízkosti země tedy vzroste vztlak a poklesne indukovaný odpor. Tomuto jevu se říká přízemní efekt.

Přízemní efekt je ve většině případů nežádoucí, protože se objevuje v okamžiku, kdy je to nejméně vhodné, totiž těsně před dosednutím letounu.

Prakticky se to projevuje tak, že letoun těsně nad zemí „plave“, odmítá dosednout a tak dochází k nežádoucímu prodlužování přistání. Na druhou stranu v případě, že pilot potřebuje „dotáhnout“ na letiště letadlo s vysazeným motorem (motory), může využití přízemního efektu zabránit havárii.

Snížení indukovaného odporu za letu (tedy mimo oblast působení přízemního efektu) se věnuje velká pozornost. U moderních dopravních letounů a větroňů používají winglety (speciální aerodynamické plošky), které upravují proudění na koncích křídel, respektive ve vírech za nimi tak, aby indukovaný odpor byl co nejmenší. To svědčí o tom, že se nejedná o zanedbatelnou aerodynamickou složku.

Přízemní efekt se projevuje pouze v malých výškách (řádově metry), záleží na velikosti letounu a rychlosti letu. Právě tento efekt využívají ekranoplány.

Orljonok demonstruje běžnou letovou výšku, která byla kolem 2 m nad hladinou

Filozofie ekranoplánu

Důvodem ke vzniku ekranoplánů byl požadavek na dopravu vysokou rychlostí na krátkých a středních vzdálenostech nad mořem.

Letadla používaná ke stejnému účelu ztrácejí určitou dobu stoupáním a klesáním do ekonomických letových hladin. Tam je řidší vzduch, který klade menší odpor, takže na udržení rychlosti stačí menší výkon motorů. Navíc je do vyšších výšek ženou obyvatelé obydlených oblastí, kvůli hluku.

Naproti tomu nad mořem hluk nikomu nevadí. Při „letu“ těsně nad hladinou je možné proti lodím dosáhnout řádově vyšších rychlostí. Části odporu, který roste s druhou mocninou rychlosti, se zbavíme snížením indukovaného odporu. Část poklesne snížením čelního průřezu a třecího odporu ekranoplánu proti letadlu, protože vystačí s podstaně menší nosnou plochou.

Nižší maximální rychlost v porovnání s letadly, způsobená tím, že se ekranoplán pohybuje v podstatně hustějších vrstvách atmosféry, vyrovná porovnatelná průměrná traťová rychlost. Odpadá totiž doba nutná ke stoupání, klesání, čekání na okruhu před letištěm a celý přistávací manévr.

Nevýhodou je, že jinde než nad mořem, a to ještě relativně klidným, nad velkými vodními plochami nebo nad rovnou zemí to celé nefunguje. Je sice pravda, že přebytku rychlosti a zálohy výkonu motorů se dá využít ke krátkodobému zvýšení výšky, ale to stačí tak na „přeskočení“ lodi, skaliska nebo jiné překážky nevelkých rozměrů.

Ekranoplán Orljonok těsně po tom co opustil zpevněný břeh a „vklouzl“ do vody

Trnitá cesta

Cesta k vytvoření funkčního ekranoplánu nebyla nijak jednoduchá, přestože jev přízemního efektu byl známý a teoreticky popsaný již v době první světové války. První pokusy s jeho praktickým využitím byly provedeny ve 20-tých a 30-tých letech minulého století například ve Finsku (Ing. Kaario) nebo v SSSR (Ing. Juriev).

Další velký kus práce na tomto poli odvedl Rostislav Jevgenievič Alexejev. Ten stál v čele nově vytvořené konstrukční kanceláře námořnictva, CKB-SPK (Centarlnoje Konstruktorskoje Bjuro po Sudam na Podvodnych Kryljach), která se zabývala především stavbou křídlatých člunů. V šedesátých letech postavil několik pokusných ekranoplánů SM-1 až SM-5 (Samochodnaja Model).

Pokusné ekranoplány posunovaly výkony kupředu a umožnily získat konstruktérům praktické zkušenosti. Zkoušky nebyly jednoduché a řadu problémů hlavně se stabilitou při letu nízko nad hladinou a s hydrodynamikou během „odtržení“ ekranoplánu od vodní hladiny pomáhaly řešit vědecké instituce, především CAGI (Centralynyj Aero-Gydrodynamičeskij Institut).

Alexejevovy práce vyvrcholily zatím největším postaveným ekranoplánem KM (Korabl-maket) se vzletovou hmotností 544 tun a maximální rychlostí 500 km/h. Tento ekranoplán je znám spíše pod na západě a později i v Rusku používaným označením Kaspian (Sea) Monster (Příšera z Kaspického moře). Tento ekranoplán byl bohužel zničen při havárii v roce 1980, způsobené chybou pilota. Osádka naštěstí vyvázla z vraku nezraněna.

Záměrně používám termín pilot, protože tato kategorie ekranoplánů umožňuje, krátkodobě dosáhnout výšky řádově desítky metrů. Ekranoplány této kategorie jsou vybaveny klasickým řízením známým z letounů, tedy výškovým, směrovým kormidlem a křidélky a jejich řízení skutečně vyžaduje pilotní zkušenosti. Podle ICAO normy (International Civil Aviation Organisation) nesmí dostup překročit minimální bezpečnou letovou výšku letadel, což je 500 stop (150 m).

Vlastnosti pokusného ekranoplánu KM nezůstaly nepovšimnuty u velení VMF (Vojenno Morskovo Flota). To vidělo v ekranoplánech prostředek umožňující rychlý manévr jednotkami při výsadkových operacích na uzavřených mořích typu Černé nebo Kaspické a prostředek umožňující rychlé přepady protivníkových námořních uskupení.

Vysoko byla hodnocena možnost překonávat minové a jiné zátarasy na pobřeží protivníka, což byla odjakživa noční můra každého plánovače obojživelných operací. Celý program měl obrovskou podporu tehdejšího ministra obrany, maršála Ustinova. Takže není divu, že koncem šedesátých let byly vytýčeny plány na stavbu celé flotily více než 120 bojových a transportních ekranoplánů.

Technologický demonstrátor SM-6 měl otestovat umístění boosterů v přídi a letového motoru vetknutého do ocasních ploch

Technologický demonstrátor

Jako zmenšený technologický demonstrátor transportního ekranoplánu sloužil dvoumístný SM-6, na kterém byly ověřovány vlastnosti nově navržené koncepce. Pohon turbovrulovým motorem vetknutým do ocasních ploch ve tvaru T tak, aby byl maximálně chráněn před vodní tříští, která se vzhledem ke své salinitě, podepisovala na životnosti lopatek oběžných i rozváděcích kol kompresoru a účinnost startovacích boosterů umístěných na přídi ekranoplánu. Jejich výstupní trysky směřovaly proud výtokových plynů pod křídlo tak, aby pomáhaly „odtrhnout“ ekranoplán od vodní hladiny.

Pro zlepšení vlastností při vzletu a přistání byly na spodní stranu člunového trupu umístěny pneumaticky vyklápěné panely, fungující jako vodní lyže. Jejich úkolem bylo nazvednout trup z vody a při vzletu a snížením rychlosti omezit dynamický ráz na obšívku trupu při dosednutí na vodní hladinu.

Lyže nesly na koncích podvozková kola, která sloužila k vyjetí ekranoplánu na zpevněný břeh.

Kromě toho sloužil SM-6 k praktickému ověření hydrodynamických vlastností a silových namáhání konstrukce trupu především při přistání na vodní hladinu. Proti předchozím typům se jednalo o konstrukci, která více využívala letecké technologie. Konstrukce trupu byla kombinací oceli a slitiny hliníku a hořčíku s označením AMG-61. Slitina měla speciální elektrochemickou povrchovou úpravou proti korozi. Ověření odolnosti nové povrchové úpravy a vliv slané vody na strukturální pevnost slitiny AMG-61, byly také jedním z důvodů stavby SM-6.

Pohon ekranoplánu zajišťovaly tři motory. Turbovrtulový Ivčenko AI-20 vetknutý do ocasních ploch, pohánějící čtyřlistou stavitelnou vrtuli AV-68 a dva dvouproudové AI-25 boostery v přídi. Vzletová hmotnost byla 26 500 kg a maximální rychlost 350 km/h. SM-6 představoval asi polovinu geometrické velikosti a šestinu hmotnosti svého budoucího vzoru.

SM-6 testoval i možnost používat lyže optřené malými koly k vyjetí na zpevněný břeh

První testy v plné velikosti

Kdy přesně obdržela Alexejevova CKB objednávku na stavbu transportního ekranoplánu s krycím označením Projekt 904 není úplně jasné, ale je zdokladované, že první testy prototypu byly zahájeny na podzim 1972. Testy byly prováděné poblíž města Nižnyj Novgorod (tehdy Gorkij) na řece Volze, konkrétně na ostrůvku Těljačij, který zleva obtéká osm kilometrů dlouhé rameno řeky dostatečně hluboké i pro lodě.

Vše probíhalo v naprostém utajení, ale zamaskovat testy více než 100tunového stroje nebylo jednoduché ani v totalitním SSSR a řev tří proudových motorů, běžících na plný výkon, by přeslechl zřejmě jen hluchý. Proto byla mezi místní obyvatelstvo vypuštěna „báchorka“ o nouzovém přistání velkého letadla, které se nyní pokouší záchranné týmy vyprostit a dostat zpět na letiště.

Počáteční testy proběhly úspěšně a první prototyp označený S-23 byl v rozebraném stavu přepraven po Volze na základnu Kaspijsk v Kaspickém moři k dalším testům na mořské hladině. Vše maskované pod rouškou převozu havarovaného Tu-134.

Kromě prototypu byl stejnou technologií postaven ještě jeden drak ekranoplánu, označovaný „Dubl“, určený na „lámací“ zkoušky. Drak těchto dvou ekranoplánů byl potažen plechy ze slitiny K282T1.

V roce 1975 došlo k havárii provního prototypu. V té době byly prováděny testy vyjetí ekranoplánu vlastní silou na břeh a vzlet z něho. Testy byly úspěšné a díky mohutnému tahu boosterů se ekranoplán dokázal odlepit i z kamenité pláže. Ovšem věc měla i svoji stinnou stránku. Slitina K282T1 byla tvrdá, pevná, ale křehká. Kameny vyrvané při vzletu proudem výtokových plynů boosterů z podloží bušily do trupu a narušily pevnost obšívky a tím i strukturální pevnost draku. Navenek ovšem vypadalo všechno normálně.

Během další série testů se zkoušelo přistání při silnějších vlnách. Na palubě prototypu ekranoplánu byl kromě osádky i hlavní konstruktér Rostislav J. Alexejev, kterému bylo v té době 59 let. Vzlet proběhl bez problémů, ale při letmém přistání narazil ekranolán zádí na hřeben vlny a narušený trup námahu nevydržel. Celá záď včetně ocasních ploch a pohonné jednotky se odlomila a okamžitě klesla ke dnu. Piloti, reflexivně stáhli plyn motorů a ekranoplán dosedl na hladinu.

Nejrychleji se, navzdory svému věku, zorientoval R. J. Alexejev, který byl v pilotní kabině. Uvědomil si, co by následovalo. Zalití trupu vodou a navyhnutelné potopení ekranoplánu. Sáhl po POM boosterů (páka ovládání motorů) a vrazil je dopředu. Boostery zaburácely na plný tah. Ekranoplán začal klouzat po hladině a Alexejev dokázal s pomocí pilotů zmrzačený vrak dovést na základnu, což byl úctyhodný výkon, když uvážíme, že k ovládání musel používat jen křidélka a rozdílný tah boosterů a na základnu bylo více než 40 km.

Čelní pohled na prototyp Orljonku ukazuje „syslí tváře“ na bocích přídě obsahující vzletové boostery

Těžké rány programu

Po vyšetření příčin nehody byly draky dalších ekranoplánů potaženy slitinou AMG61. Ovšem celá akce měla ještě svoji dohru. Na hlavního konstruktéra „měl pifku“ ministr loďařského průmyslu B. E. Butoma, kterému se nelíbilo, že se vymyká jeho kontrole, jeho kancelář funguje samostatně a Alexejev bez obalu říká co si myslí.

Všichni očekávali, že Alexejev dostane za konstrukci titul Hrdina socialistické práce (prakticky nejvyšší vyznamenání pro nevojáky v míru). Místo toho byl sesazen z místa hlavního konstruktéra a pověřen nejprve vedením oddělení a později jen skupiny pro rozvoj. To se hluboce podepsalo na jeho zdraví a v roce 1980 zemřel.

Havárie prototypu zdržela stavbu dalších ekranoplánů. První sériový S-21 byl dokončen v roce 1978, VMF byl předán 3. listopadu 1979 a nesl taktické označení MDE-150 (Morskoj Desantnoj Ekranoplan), druhý S-25 (MDE-155) byl dokončen v roce 1979, VMF byl předán 27. října 1980, třetí S-26 (MDE-160) byl dokončený v roce 1980 a předaný 30. prosince 1981.

Do výzbroje VMF byly ekranoplány oficiálně zařazeny příkazem rady ministrů Nr. 00136, z 12. října 1984. Neoficiálně nesly jméno Orljonok (Orlíček).

V roce 1985 zemřel ministr obrany maršál Sovětského Svazu Dmitrij Ustinov, velký zastánce stavby flotily ekranoplánů a to byla po smrti hlavního konstruktéra další těžká rána programu. Původní velkolepé plány byly seškrtané na 40 a později jen 11 strojů, které měly být postaveny během let 1981-1990. Nakonec se podařilo dokončit jen jeden bojový ekranoplán Lun (Projekt 903) a stavba transportních (projekt 904) skončila trojicí, která již byla ve stavu VMF. Nový ministr, v rámci svých pravomocí stavbu ekranoplánů definitivně ukončil a peníze převedl na stavbu jaderných ponorek.

Služba ekranoplánů nebyla úplně bez potíží. První problém byl v tom, kam ekranoplány zařadit, mezi lodě nebo mezi letadla? Všechny tři ekranoplány Orljonok sloužily zpočátku u 236. skupiny ekranoplánů v podřízenosti brigády vyloďovacích a útočných plavidel Kaspické floty. Brzy na to začali představitelé letectva VMF prosazovat přeřazení ekranoplánů pod svoje velení, ale narazili na tvrdý odpor „námořníků“.

Nový ministr obrany Maršál Sovětského svazu Sergej Sokolov udělal dohadům přítrž rozkazem Nr. 00256 ze dne 12. listopadu 1986, ve kterém ekranoplány klasifikoval jako další třídu vedle letounů a vrtulníků a definitivně je zařadil pod velení letectva VMF.

V souladu s direktivou DF-035 ze dne 21. dubna 1987 byla jednotka ekranoplánů přejmenována na 11. leteckou skupinu a formálně byla převedena pod velení Černomořské floty, bez ohledu na to, že ekranoplány neopustily (dost dobře ani nemohly) svoji základnu v Kaspijsku.


Fotografie: archiv VMF RF
Prameny:
Komissarov Sergej: Russian ekranoplans and other WIG planes ISBN 1-85780-146-6
Petrov G.: Gidrosamoljoty i ekranoplany Rossii 1910-1999
Periodika: Aviacia i vremja, Technika i vooruženije, Mir aviacii, Modelist konstruktor, M-hobby
Web: http://www.beriev.com/eng/core_e.html
http://www.se-technology.com/wig/index.php
http://xplanes.free.fr/
Autor : Ing. Radek ˝ICE˝ Panchartek / ICE 🕔02.07.2007 📕43.903

Komentáře Disqus

Komentáře Facebook

Sociální sítě

Reklama

Poslední komentáře